СОСТАВ АБРАЗИВНОЙ МАССЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОСТРУКТУРНОГО АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА Российский патент 2014 года по МПК B24D3/18 B24D3/34 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к производству абразивных инструментов из электрокорунда белого на керамических связках с номерами структуры 12-22.

Из уровня техники известен состав абразивной массы, содержащий абразивные зерна из электрокорунда белого, керамическую связку и наполнитель в виде смеси алюмосиликатных полых сферических частиц с размером в диапазоне от 5 до 560 мкм в количестве 2 - 200% абразивного зерна, которая дополнительно содержит мелкодисперсный порошкообразный оксид железа в суммарном количестве 5-6 масс.% от массы алюмосиликатного наполнителя и 2,5-3% от массы керамической связки (патент RU 2466852 С2, B24D 3/18, 3/34).

Введение в состав абразивной массы порошкообразного оксида железа в указанных количествах не обеспечивает однородную по объему твердость абразивного инструмента при объемном содержании абразива 30-46%.

Наиболее близким решением по технической сути и достигаемому результату является масса для изготовления абразивного инструмента, включающая абразив, керамическую связку и наполнитель в виде полых сферических частиц из алюмосиликата в виде смеси частиц размером от 5 до 560 мкм в количестве 2-200 об.% абразива. Дополнительно масса может содержать выгорающий наполнитель в количестве 5-250% объемного содержания алюмосиликатного наполнителя и наполнитель в виде полых сферических частиц из легкоплавкого стекла в количестве 5-100% объемного содержания алюмосиликатного наполнителя как по отдельности, так и в смеси двух наполнителей с суммарным содержанием от 5 до 250% объемного содержания алюмосиликатного наполнителя (см. патент РФ №2152298, B24D 3/18, 2000 г.).

С увеличением номера структуры абразивного инструмента уменьшается объемное содержание абразивного зерна. Их недостаток в абразивной массе создает предпосылки для объемной деформации инструмента при его высокотемпературном обжиге за счет «стягивания» имеющихся зерен остывающей керамической связкой после ее расплавления. Чтобы уменьшить негативные последствия при изготовлении высокоструктурного абразивного инструмента, необходимо свободное пространство после удаления абразива заполнить другими твердыми компонентами.

Заявленный в прототипе состав абразивной массы, обеспечивая стабильную твердость в объеме инструмента, не гарантирует после обжига его минимальной деформации, необходимой для сохранения в процессе изготовления заданного номера структуры. По данным (Старков В.К. Шлифование высокопористыми кругами. - М.: Машиностроение, 2007. - 688 с. (с.669)) для инструмента с номерами структуры 12-22 объемная деформация не должна превышать пороговых значений соответственно 2,56-5,26%.

Недостатком шлифовальных кругов, изготовленных на основе известной абразивной массы, содержащей полые сферические частицы из алюмосиликата в виде смеси частиц с размерами от 5 до 560 мкм, является также то, что в ее составе находится 20-29% алюмосиликатных частиц с размерами от 5 до 84 мкм. Указанные мелкоразмерные частицы алюмосиликата из-за отсутствия в них внутренней полости обладают повышенной плотностью в сравнении с алюмосиликатными частицами более крупных размеров, склонны к сегрегации в процессе приготовления (смешивания) абразивной массы, при высокотемпературном обжиге инструмента не расплавляются и мигрируют по жидкой связке под действием силы тяжести к нижней поверхности установленного на поддоне инструмента. По указанным причинам введение в абразивную массу алюмосиликатных частиц размером от 5 до 84 мкм негативно отражается на стабильности твердости в объеме инструмента.

Технической задачей предложенного решения является улучшение технологических и эксплуатационных свойств абразивного инструмента (уменьшение его объемной деформации).

Техническим результатом предложенного решения является обеспечение стабильности твердости в объеме и повышение разрывной прочности.

Поставленный технический результат достигается за счет того, что в составе абразивной массы для изготовления высокоструктурного абразивного инструмента, включающем абразив, керамическую связку, клеящие и увлажняющие добавки, мелкодисперсный порошкообразный оксид железа и наполнитель, согласно изобретению абразив состоит из смеси абразивных зерен двух различных зернистостей, при этом объемное содержание абразивных зерен с меньшей зернистостью с размерами в пределах 60-160 мкм составляет 5-100% от объемного содержания абразивных зерен с большей зернистостью, размер которых составляет 160-500 мкм, при этом наполнитель представляет собой смесь полых сферических частиц из легкоплавкого стекла и полых сферических частиц из алюмосиликата размером в диапазоне от 8 5 до 560 мкм в количестве 25-100% объемного содержания абразива с наибольшей зернистостью.

Целесообразно состав дополнительно снабжать выгорающим наполнителем в количестве 5-50% объемного содержания абразива с большей зернистостью.

В качестве технического решения для уменьшения объемной деформации абразивного инструмента, например шлифовальных кругов, предлагается использовать абразив в виде смеси абразивных зерен двух различных зернистостей.

Содержание абразивных зерен двух различных фракций, размерами 160-500 мкм и более мелкой фракции с размерами в диапазоне 60-160 мкм, содержание которой составляет 5-100% от объемного содержания зерен с большей зернистостью, которая используется в основном качестве технологического компенсатора недостающего абразива, мелкая фракция зерен не принимает практически участия в съеме материала.

Наличие более мелкой по размерам фракции абразивных зерен позволяет в заявленном диапазоне содержания абразива в массе со структурами 12-22 обеспечить количество зерен с размером 60 мкм в 58 раз больше, чем, например, зерен с размерами 500 мкм.

Большое количество мелких по размерам зерен, однородно распределенных в объеме абразивного инструмента, становятся центрами коагуляции жидкой керамической связки, обеспечивая ее равномерное затвердевание по всему объему обжигаемой массы. Формируются короткие и прочные мостики связи между соседними абразивными зернами, обеспечивая однородную объемную твердость инструмента и его минимально возможную деформацию.

Примеры использования заявленного состава приведены ниже.

Пример 1.

Абразивная масса для изготовления шлифовального круга из электрокорунда белого марки 25А с размером 500 мкм (зернистость F36) и размером 160 мкм (зернистость F80) со структурой N=12 на характеристику 25А F36/F80 Н 12 V состоит из следующих компонентов, % об.:

Абразивное зерно марки 25А с размером 500 мкм   (зернистость F36) 36,2 Абразивное зерно марки 25А с размером 160 мкм   (зернистость F80) 1,8 Относительное содержание зерна с размером 160 мкм   (зернистость F80) к содержанию зерна с   размером 500 мкм (зернистость F36) 5 Керамическая связка К5С 7 Наполнитель в виде смеси алюмосиликатных полых сферических   частиц с размерами в диапазоне от 85 до 560 мкм и полых   сферических частиц из легкоплавкого стекла 15 Относительное содержание наполнителя к содержанию зерна   с размером 500 мкм (зернистость F36) 41,4 Порошкообразный оксид железа 1 Клеящие и увлажняющие добавки 15,2

Пример 2.

Абразивная масса для изготовления шлифовального круга из электрокорунда белого марки 25 А с размером зерна 250 мкм (зернистость F60) и размером 100 мкм (зернистость F120) со структурой N=16 на характеристику 25 A F60/F120 К 16 V состоит из следующих компонентов, % об.:

Абразивное зерно марки 25А с размером 250 мкм   (зернистость F60) 20 Абразивное зерно марки 25А с размером 100 мкм   (зернистость F120) 10 Относительное содержание   зерна с размером 100 мкм (зернистость F120) к   содержанию зерна с размером 250 мкм (зернистость F60) 50 Керамическая связка К5С 9,5 Наполнитель в виде смеси алюмосиликатных полых   сферических частиц с размерами в диапазоне от 85   до 560 мкм и полых сферических частиц из   легкоплавкого стекла 5 Относительное содержание наполнителя к содержанию   зерна с размером 250 мкм (зернистость F60) 25 Порошкообразный оксид железа 1,5 Клеящие и увлажняющие добавки 14,3

Пример 3.

Абразивная масса для изготовления шлифовального круга из электрокорунда белого марки 25А с размером зерна 160 мкм (зернистость F80) и размером 60 мкм (зернистость F220) со структурой N=22 на характеристику 25А F80/F220 J 22 V состоит из следующих компонентов, % об.:

Абразивное зерно марки 25А с размером 160 мкм   (зернистость F80) 9 Абразивное зерно марки 25А с размером 60 мкм   (зернистость F220) 9 Относительное содержание зерна с размером 60 мкм   (зернистость F220) к содержанию зерна с   размером 160 мкм (зернистость F80) 100 Керамическая связка К5С 8,5 Наполнитель в виде смеси алюмосиликатных полых сферических   частиц с размерами в диапазоне от 85 до 560 мкм и полых   сферических частиц из легкоплавкого стекла 9 Относительное содержание наполнителя к содержанию зерна   с размером 160 мкм (зернистость F80) 100 Порошкообразный оксид железа 1,2 Клеящие и увлажняющие добавки 14,9

Наилучшие результаты при изготовлении высокоструктурного абразивного инструмента достигаются при дополнительном введении в состав абразивной массы выгорающего наполнителя, например, в виде молотых фруктовых косточек в количестве 5-50% объемного содержания абразива с большей зернистостью.

Выгорая в процессе обжига инструмента, они создают дополнительную пористость, что улучшает условия шлифования.

Техническим результатом введения выгорающего наполнителя в сочетании с использованием абразива двух зернистостей, наполнителя в виде смеси полых сферических частиц из алюмосиликата и легкоплавкого стекла и порошкообразного оксида железа являются улучшенные технологические и эксплуатационные свойства абразивного инструмента.

Ниже излагаются примеры абразивных масс для высокоструктурного инструмента, которые разработаны на основе примеров 1-3 с дополнительным введением выгорающего наполнителя в виде молотых фруктовых косточек КФ40.

Пример 4.

Абразивная масса на характеристику инструмента 25A F36/F80 Н 12 V по примеру 1 с дополнительным введением выгорающего наполнителя КФ40 в количестве 1,8% об. или 5% от содержания абразивного зерна с размером 500 мкм (зернистость F36).

Пример 5.

Абразивная масса на характеристику инструмента 25A F60/F120 К 16 V по примеру 2 с дополнительным введением выгорающего наполнителя КФ40 в количестве 5% об. или 25% от содержания абразивного зерна с размером 250 мкм (зернистость F60).

Пример 6.

Абразивная масса на характеристику инструмента 25А F80/F220 J 22 V по примеру 3 с дополнительным введением выгорающего наполнителя КФ40 в количестве 4,5% об. или 50% от содержания абразивного зерна с размером 160 мкм (зернистость F80).

Для экспериментальной проверки были также разработаны составы абразивных масс, в которых отличительные признаки нового технического решения выходили за пределы заявленных соотношений.

Пример 7.

Абразивная масса для изготовления шлифовального круга из электрокорунда белого марки 25А с размером 500 мкм (зернистость F36) и размером 160 мкм (зернистость F80) со структурой N=12 на характеристику 25А F36/F80 Н 12 V состоит из следующих компонентов, % об.:

Абразивное зерно марки 25А с размером 500 мкм   (зернистость F36) 36,2 Абразивное зерно марки 25А с размером 160 мкм   (зернистость F80) 1,8 Относительное содержание зерна с размером 160 мкм   (зернистость F80) к содержанию зерна с размером 500 мкм   (зернистость F36) 5 Керамическая связка К5С 7 Наполнитель в виде смеси алюмосиликатных полых сферических   частиц с размерами в диапазоне от 85 до 560 мкм и полых   сферических частиц из легкоплавкого стекла 15 Относительное содержание наполнителя к содержанию зерна   с размером 500 мкм (зернистость F36) 41,4 Порошкообразный оксид железа 1 Клеящие и увлажняющие добавки 15,2 Выгорающий наполнитель КФ40 1,5 Относительное содержание выгорающего наполнителя к содержанию зерна с размером 500 мкм (зернистость F36) 4

Пример 8.

Абразивная масса для изготовления шлифовального круга из электрокорунда белого марки 25А с размером зерна 160 мкм (зернистость F80) и размером 60 мкм (зернистость F220) со структурой N=22 на характеристику 25А F80/F220 J 22 V состоит из следующих компонентов, % об.:

Абразивное зерно марки 25А с размером 160 мкм   (зернистость F80) 9 Абразивное зерно марки 25А с размером 60 мкм   (зернистость F220) 9 Относительное содержание зерна с размером 60 мкм   (зернистость F220) к содержанию зерна с размером 160 мкм   (зернистость F80) 100 Керамическая связка К5С 8,5 Наполнитель в виде смеси алюмосиликатных полых   Сферических   частиц с размерами в диапазоне от 85 до 560 мкм и   полых сферических частиц из легкоплавкого стекла 9 Относительное содержание наполнителя к содержанию зерна   с размером 160 мкм (зернистость F80) 100 Порошкообразный оксид железа 1,2 Клеящие и увлажняющие добавки 14,9 Выгорающий наполнитель КФ40 6 Относительное содержание выгорающего наполнителя к   содержанию зерна с размером 160 мкм (зернистость F80) 60

Для экспериментальной проверки предлагаемых технических решений были изготовлены 8 абразивных масс для лабораторных образцов в соответствии с примерами, представленными выше.

Объемная деформация после обжига оценивалась на образцах в виде плашек диаметром 80 мм и высотой 20 мм по разнице объемов образцов до и после обжига. Стабильность твердости оценивалась по величине среднеквадратичного отклонения глубины лунки, полученной пескоструйным методом в соответствии с ГОСТ Р 52587-2006. Оценка производилась по результатам 6 измерений глубины лунки, полученных на одном образце с двух сторон. Механическую прочность на разрыв на специальных образцах-восьмерках определяли на разрывной машине УМ-500 согласно методике, описанной в книге (Любомудров В.Е., Васильев Н.Н. Абразивные инструменты и их изготовление. - М.-Л., 1953. 352 с. С.135).

В таблице приведены результаты сравнения свойств заявленной массы и массы по прототипу.

Таблица № Состав заявленной массы Состав масса по прототипу Объемная деформация, % Среднеквадратичное отклонение твердости, мм Прочность на разрыв, кПа Объемная деформация, % Среднеквадратичное отклонение твердости, мм Прочность на разрыв,
кПа 1 2,31 0,19 90,1 2,73 0,32 85,3 2 3,06 0,21 76,3 3,94 0,29 73,2 3 4,92 0,28 54,2 6,05 0,41 50,9 4 2,19 0,17 89,9 2,69 0,30 86,1 5 3,05 0,19 76,8 3,81 0,24 69,8 6 4,89 0,24 56,2 5,99 0,40 54,3 7 4,13 0,62 60,1 2,73 0,32 85,3 8 8,06 0,73 42,9 6,05 0,41 50,9

Как видно из таблицы, качественные показатели абразивного инструмента из заявленного состава значительно превышают показатели инструмента, изготовленного из известного состава.

Таким образом, заявленная совокупность признаков, указанная в формуле изобретения, по сравнению с прототипом обеспечивает минимальные значения объемной деформации при обжиге высокоструктурного абразивного инструмента, получение повышенных значений стабильности твердости в его объеме и прочности на разрыв.

Изобретение относится к производству абразивных инструментов из электрокорунда белого на керамических связках с номерами структуры 12-22. Абразивная масса для изготовления высокоструктурного абразивного инструмента включает абразив, керамическую связку, клеящие и увлажняющие добавки, мелкодисперсный порошкообразный оксид железа и наполнитель. Абразив состоит из смеси абразивных зерен двух различных зернистостей, при этом объемное содержание абразивных зерен с меньшей зернистостью с размерами в пределах 60-160 мкм составляет 5-100% от объемного содержания абразивных зерен с большей зернистостью, размер которых составляет 160-500 мкм. Наполнитель представляет собой смесь полых сферических частиц из легкоплавкого стекла и полых сферических частиц из алюмосиликата размером в диапазоне от 85 до 560 мкм в количестве 25-100% объемного содержания абразива с наибольшей зернистостью. Обеспечивается однородная объемная твердость абразивного инструмента, его минимально возможная деформация, а также повышенная механическая прочность. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 8 пр.

1. Абразивная масса для изготовления высокоструктурного абразивного инструмента, включающая абразив, керамическую связку, клеящие и увлажняющие добавки, мелкодисперсный порошкообразный оксид железа и наполнитель, отличающаяся тем, что абразив состоит из смеси абразивных зерен двух различных зернистостей, при этом объемное содержание абразивных зерен с меньшей зернистостью с размерами в пределах 60-160 мкм составляет 5-100% от объемного содержания абразивных зерен с большей зернистостью, размер которых составляет 160-500 мкм, при этом наполнитель представляет собой смесь полых сферических частиц из легкоплавкого стекла и полых сферических частиц из алюмосиликата размером в диапазоне от 85 до 560 мкм в количестве 25-100% объемного содержания абразива с наибольшей зернистостью.

2. Масса по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит выгорающий наполнитель в виде молотых фруктовых косточек в количестве 5-50% объемного содержания абразива с большей зернистостью.